【Java】NIO框架Netty——100万并发连接服务器资源消耗测试

电玩女神 2022-06-10 10:10 536阅读 0赞

## 前言 ##

每一种该语言在某些极限情况下的表现一般都不太一样，那么我常用的[Java][]语言，其比较有名的NIO框架有：mina，netty和Grizzly，在达到100万个并发连接情况下，会怎么样呢，有些好奇，更有些期盼。这次使用经常使用的顺手的**[netty][]** NIO框架（netty-3.6.5.Final），封装的很好，接口很全面，就像它现在的域名 **netty.io**，专注于网络IO。整个过程没有什么技术含量，浅显分析过就更显得有些枯燥无聊，准备好，硬着头皮吧。

## 测试服务器配置 ##

运行在VMWare Workstation 9中，64位Centos 6.2系统，分配14.9G内存左右，4核。  
已安装有Java7版本：

java version "1.7.0_21"
    Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_21-b11)
    Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 23.21-b01, mixed mode)

在/etc/sysctl.conf中添加如下配置：

fs.file-max = 1048576
    net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535
    net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728
    net.ipv4.tcp_rmem = 4096 4096 16777216
    net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 16777216
    
    net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
    net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

在/etc/security/limits.conf中添加如下配置：

*	soft nofile 1048576
         *	hard nofile 1048576

## 测试端 ##

测试端无论是配置还是程序和以前一样，翻看前几篇博客就可以看到client5.c的源码，以及相关的配置信息等。

## 服务器程序 ##

这次也是很简单呐，没有业务功能，客户端HTTP请求，服务端输出chunked编码内容。

### 入口HttpChunkedServer.java： ###

### 唯一的自定义处理器HttpChunkedServerHandler.java: ###

### 启动脚本start.sh ###

## 达到100万并发连接时的一些信息 ##

每次服务器端达到一百万个并发持久连接之后，然后关掉测试端程序，断开所有的连接，等到服务器端日志输出在线用户为0时，再次重复以上步骤。在这反反复复的情况下，观察内存等信息的一些情况。以某次断开所有测试端为例后，当前系统占用为（设置为`list_free_1`）:

total       used       free     shared    buffers     cached
         Mem:         15189       7736       7453          0         18        120
         -/+ buffers/cache:       7597       7592
         Swap:         4095        948       3147

通过top观察，其进程相关信息

PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                                       
       4925 root      20   0 8206m 4.3g 2776 S  0.3 28.8  50:18.66 java

在启动脚本start.sh中，我们设置堆内存为6G。

**ps aux|grep java**命令获得信息：

root      4925 38.0 28.8 8403444 4484764 ?     Sl   15:26  50:18 java -server...HttpChunkedServer 8000

RSS占用内存为4484764K/1024K=4379M

然后再次启动测试端，在服务器接收到**online user 1023749**时，`ps aux|grep java`内容为：

root      4925 43.6 28.4 8403444 4422824 ?     Sl   15:26  62:53 java -server...

查看当前网络信息统计

ss -s
      Total: 1024050 (kernel 1024084)
      TCP:   1023769 (estab 1023754, closed 2, orphaned 0, synrecv 0, timewait 0/0), ports 12
    
      Transport Total     IP        IPv6
      *    1024084   -         -        
      RAW     0         0         0        
      UDP     7         6         1        
      TCP     1023767   12        1023755  
      INET    1023774   18        1023756  
      FRAG    0         0         0

通过top查看一下

top -p 4925
      top - 17:51:30 up  3:02,  4 users,  load average: 1.03, 1.80, 1.19
      Tasks:   1 total,   0 running,   1 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
      Cpu0  :  0.9%us,  2.6%sy,  0.0%ni, 52.9%id,  1.0%wa, 13.6%hi, 29.0%si,  0.0%st
      Cpu1  :  1.4%us,  4.5%sy,  0.0%ni, 80.1%id,  1.9%wa,  0.0%hi, 12.0%si,  0.0%st
      Cpu2  :  1.5%us,  4.4%sy,  0.0%ni, 80.5%id,  4.3%wa,  0.0%hi,  9.3%si,  0.0%st
      Cpu3  :  1.9%us,  4.4%sy,  0.0%ni, 84.4%id,  3.2%wa,  0.0%hi,  6.2%si,  0.0%st
      Mem:  15554336k total, 15268728k used,   285608k free,     3904k buffers
      Swap:  4194296k total,  1082592k used,  3111704k free,    37968k cached
    
        PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                                       
       4925 root      20   0 8206m 4.2g 2220 S  3.3 28.4  62:53.66 java

四核都被占用了，每一个核心不太平均。这是在虚拟机中得到结果，可能真实服务器会更好一些。 因为不是CPU密集型应用，CPU不是问题，无须多加关注。

系统内存状况

free -m
                   total       used       free     shared    buffers     cached
      Mem:         15189      14926        263          0          5         56
      -/+ buffers/cache:      14864        324
      Swap:         4095       1057       3038

物理内存已经无法满足要求了，占用了1057M虚拟内存。

查看一下堆内存情况

jmap -heap 4925
      Attaching to process ID 4925, please wait...
      Debugger attached successfully.
      Server compiler detected.
      JVM version is 23.21-b01
    
      using parallel threads in the new generation.
      using thread-local object allocation.
      Concurrent Mark-Sweep GC
    
      Heap Configuration:
         MinHeapFreeRatio = 40
         MaxHeapFreeRatio = 70
         MaxHeapSize      = 6442450944 (6144.0MB)
         NewSize          = 629145600 (600.0MB)
         MaxNewSize       = 629145600 (600.0MB)
         OldSize          = 5439488 (5.1875MB)
         NewRatio         = 2
         SurvivorRatio    = 1
         PermSize         = 52428800 (50.0MB)
         MaxPermSize      = 52428800 (50.0MB)
         G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB)
    
      Heap Usage:
      New Generation (Eden + 1 Survivor Space):
         capacity = 419430400 (400.0MB)
         used     = 308798864 (294.49354553222656MB)
         free     = 110631536 (105.50645446777344MB)
         73.62338638305664% used
      Eden Space:
         capacity = 209715200 (200.0MB)
         used     = 103375232 (98.5863037109375MB)
         free     = 106339968 (101.4136962890625MB)
         49.29315185546875% used
      From Space:
         capacity = 209715200 (200.0MB)
         used     = 205423632 (195.90724182128906MB)
         free     = 4291568 (4.0927581787109375MB)
         97.95362091064453% used
      To Space:
         capacity = 209715200 (200.0MB)
         used     = 0 (0.0MB)
         free     = 209715200 (200.0MB)
         0.0% used
      concurrent mark-sweep generation:
         capacity = 5813305344 (5544.0MB)
         used     = 4213515472 (4018.321487426758MB)
         free     = 1599789872 (1525.6785125732422MB)
         72.48054631000646% used
      Perm Generation:
         capacity = 52428800 (50.0MB)
         used     = 5505696 (5.250640869140625MB)
         free     = 46923104 (44.749359130859375MB)
         10.50128173828125% used
    
      1439 interned Strings occupying 110936 bytes.

老生代占用内存为72%，较为合理，毕竟系统已经处理100万个连接。

再次断开所有测试端，看看系统内存（free -m）

total       used       free     shared    buffers     cached
      Mem:         15189       7723       7466          0         13        120
      -/+ buffers/cache:       7589       7599
      Swap:         4095        950       3145

记为`list_free_2`。

`list_free_1`和`list_free_2`两次都释放后的内存比较结果，系统可用物理已经内存已经降到7589M，先前可是7597M物理内存。  
总之，我们的JAVA测试程序在内存占用方面已经，最低需要7589 + 950 = 8.6G内存为最低需求内存吧。

## GC日志 ##

我们在启动脚本处设置的一大串参数，到底是否达到目标，还得从gc日志处获得具体效果，推荐使用[GCViewer][]。

GC事件概览：  
[![gc\_eventdetails][gc_eventdetails]][gc_eventdetails_gc_eventdetails]

其它:  
[![gc\_total\_1][gc_total_1]][gc_total_1_gc_total_1] [![gc\_total\_2][gc_total_2]][gc_total_2_gc_total_2] [![gc\_total\_3][gc_total_3]][gc_total_3_gc_total_3]

总之：

*  只进行了一次Full GC，代价太高，停顿了12秒。
 *  PartNew成为了停顿大户，导致整个系统停顿了41秒之久，不可接受。
 *  当前JVM调优喜忧参半，还得继续努力等

## 小结 ##

Java与与Erlang、C相比，比较麻烦的事情，需要在程序一开始就得准备好它的堆栈到底需要多大空间，换个说法就是JVM启动参数设置堆内存大小，设置合适的垃圾回收机制，若以后程序需要更多内存，需停止程序，编辑启动参数，然后再次启动。总之一句话，就是麻烦。单单JVM的调优，就得持续不断的根据检测、信息、日志等进行适当微调。

*  JVM需要提前指定堆大小，相比Erlang/C，这可能是个麻烦
 *  GC(垃圾回收)，相对比麻烦，需要持续不断的根据日志、JVM堆栈信息、运行时情况进行JVM参数微调
 *  设置一个最大连接目标，多次测试达到顶峰，然后释放所有连接，反复观察内存占用，获得一个较为合适的系统运行内存值
 *  Eclipse Memory Analyzer结合jmap导出堆栈DUMP文件，分析内存泄漏，还是很方便的
 *  想修改运行时内容，或者称之为热加载，默认不可能
 *  真实机器上会有更好的反映

吐槽一下：  
JAVA OSGI，相对比Erlang来说，需要人转换思路，不是那么原生的东西，总是有些别扭，社区或商业公司对此的修修补补，不过是实现一些面向对象所不具备的热加载的企业特性。

转自：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2013/05/13/399203.html

[Java]: http://lib.csdn.net/base/17
[netty]: http://netty.io/
[GCViewer]: https://github.com/chewiebug/GCViewer
[gc_eventdetails]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/yongboy/Windows-Live-Writer/bf3eb5ad9dd9_9C7F/gc_eventdetails_thumb.png
[gc_eventdetails_gc_eventdetails]: /images/20220610/85cc391995ec4ff8b3154384da72b761.png
[gc_total_1]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/yongboy/Windows-Live-Writer/bf3eb5ad9dd9_9C7F/gc_total_1_thumb.png
[gc_total_1_gc_total_1]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/yongboy/Windows-Live-Writer/bf3eb5ad9dd9_9C7F/gc_total_1_2.png
[gc_total_2]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/yongboy/Windows-Live-Writer/bf3eb5ad9dd9_9C7F/gc_total_2_thumb.png
[gc_total_2_gc_total_2]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/yongboy/Windows-Live-Writer/bf3eb5ad9dd9_9C7F/gc_total_2_2.png
[gc_total_3]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/yongboy/Windows-Live-Writer/bf3eb5ad9dd9_9C7F/gc_total_3_thumb.png
[gc_total_3_gc_total_3]: /images/20220610/b92b237e78b74be1ac2d8bea53fc9b1c.png